Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2014-09-11T11:50:01Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao Diego Americo Guedes.pdf: 971567 bytes, checksum: a39a61e190ff600e318da0dd24eb108c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-11T11:50:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao Diego Americo Guedes.pdf: 971567 bytes, checksum: a39a61e190ff600e318da0dd24eb108c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we present and evaluate a modeling methodology that describes the creation of a topology for wireless mesh networks, and how this topology changes over time. The modeling methodology is based on network science, which is a multidisciplinary research area that has a lot of tools to help in the study and analysis of networks. In wireless mesh networks, the relative importance of the nodes is often related to the topological aspects, and data flow. However, due to the dynamics of the network, the relative importance of the nodes may vary in time. In the context of network science, the concept of centrality metric represents the relative importance of a node in the network. In this work we show also that the current centrality metrics are not able to rank properly the nodes in wireless mesh networks. Then we propose a new metric of centrality that ranks the most important nodes in a wireless mesh network over time. We evaluate our proposal using data from a case study of the proposed modeling methodology and also from real wireless mesh networks, achieving satisfactory performance. The characteristics of our metric make it a useful tool for monitoring dynamic networks. / Neste trabalho, apresentamos e avaliamos uma modelagem que descreve a criação de uma topologia para redes em malha sem fio e como essa se altera no tempo. A modelagem é baseada em ciência das redes (network science), uma área multidisciplinar de pesquisa que possui uma grande quantidade de ferramentas para auxiliar no estudo e análise de redes. Em redes em malha sem fio, a importância relativa dos nós é frequentemente relacionada a aspectos topológicos e ao fluxo de dados. Entretanto, devido à dinamicidade da rede, a importância relativa de um nó pode variar no tempo. No contexto de ciência de redes, o conceito de métricas de centralidade reflete a importância relativa de um nó na rede. Neste trabalho, mostramos também que as métricas atuais de centralidade não são capazes de classificar de maneira adequada os nós em redes em malha sem fio. Propomos então uma nova métrica de centralidade que classifica os nós mais importantes em uma rede em malha sem fio ao longo do tempo. Avaliamos nossa proposta com dados obtidos de um estudo de caso da modelagem proposta e de redes em malha sem fio reais, obtendo desempenho satisfatório. As características da nossa métrica a tornam uma ferramenta útil para monitoramento de redes dinâmicas.

A prominent challenge in the healthcare system today is the limitation of resources in combi- nation with an increasing need for healthcare services. The pressure on healthcare is already extremely high and increasing due to a larger number of people seeking care as well as an aging population with an increased need for care. Therefore, it becomes more important to distribute resources effectively within healthcare to ensure high-quality care for everyone. Still, research shows that overcrowding of emergency departments and hospital wards is increasing affecting patient safety negatively with several negative implications including higher rates of medical errors and higher mortality. The problem is that healthcare is a complex system with many components that are interrelated and therefore hard to study with traditional approaches. Despite the huge quantity of studies on the overcrowding problem, there is yet to find a solution that could solve the problem. Thus, this thesis aims to design a data-driven pipeline to explore the clinical and logistical complexity of Emergency medicine patients admitted to hospital wards adopting a complex graph approach. Complex network theory provides a suitable tool to investigate complex networks by breaking complex systems down into smaller graphs with objects (nodes) and studying the relationship between these through various analysis tools. In this thesis, five complex networks were constructed representing co-morbidities in the car- diac, medicine, surgery, stroke, and orthopedic wards of the Academic Hospital of Uppsala, a hospital suffering from overcrowding. These networks were analyzed using degree distribution, centrality metrics, clustering coefficient, and community detection to reveal structural and clin- ical patterns. A comprehensive network of all hospital co-morbidities was also created and an- alyzed to compare it with the ward structures. Additionally, a network mapping patient flow from the emergency department based on chief complaints and ICD codes to wards was created and analyzed to identify admission patterns. The analysis of the co-morbidity networks revealed that there was an indication of structure between the wards. This was based on the visualization of nodes and edges of the networks, identified communities, and community comparisons between the wards. Further, it showed that there was a big overlap of common co-morbidities which could indicate the contrary. But it was also revealed that in terms of community structure, the wards were considerably different from each other indicating a good separation of diseases. The results of this research show that complex network theory could be used to increase the understanding of the complexity of healthcare wards in terms of the structure of diseases as well as clinical variability and allow for a discussion regarding if this is related to clinical or logistical factors. It also shows the potential of using complex network theory to increase the understanding of the path patients take from the emergency department to the wards based on the community detection analysis showing that there is a structure of where patient ends up based on the assigned ICD code and chief complaint in the emergency department. Previous studies have typically focused on specific diseases or patient flow within a single ward or the emergency department. This approach offers a tool to examine patient logistics across multiple wards alongside their clinical characteristics. The insights gained could help improve hospital structure by more efficiently distributing patients between wards, thereby enhancing resource use and hospital operations. Further research using complex network theory could deepen understanding of overcrowding issues and identify potential solutions. / En stor utmaning inom sjukvårdssystemet idag är begräsningen av resurser i kombination med ett ökat vårdbehov. Trycket på sjukvården är redan högt och ökar till följd av ett ökat antal personer som söker vård samt en åldrande befolkning med ett ökat vårdbehov. Därav blir det viktigare att fördela resurser inom sjukvården på ett effektivt sätt för att säkerställa en högkva- litativ vård till alla. Forskning visar dock att överbeläggningar på akutvårdsavdelningar och sjukvårdsavdelningar ökar vilket påverkar patientsäkerheten negativt med flera negativa kon- sekvenser däribland en högre andel medicinska misstag och en högre mortalitet. Problemet är att sjukvården är ett komplext system med många komponenter som samverkar och det är därav svårt att studera med traditionella tillvägagångssätt. Trots det höga antalet studier på överbeläggningar inom sjukvården behöver man fortfarande hitta en lösning på problemet. Därav är målet med denna avhandling att designa en datadriven pipeline för att undersöka den kliniska och logistiska komplexiteten hos patienter inlagda från akutvårdsavdelningen med hjälp av en komplex grafmetodik. Komplex nätverksteori är ett lämpligt verktyg för att studera komplexa nätverk genom att bryta ned det i mindre komponen- ter och undersöka sambanden mellan dem med hjälp av olika analysverktyg. I denna avhandling skapades 5 komplexa nätverk som representerade komorbiditeter utifrån tilldelad ICD-10-kod på hjärt-, medicin-, kirurgi-, stroke- och ortopediska avdelningen vid det akademiska sjukhuset i Uppsala, ett sjukhus som för närvarande lider av överbeläggningar. Nätverken analyserades med hjälp av gradfördelning, olika centralitetsmått, klusterkoefficient och samhällsdetektering för att identifiera skillnader eller likheter när det gäller struktur och klinisk variation. Ett heltäckande komplext nätverk skapades där alla komorbiditeter på hela sjukhuset inkluderades för att möjliggöra en jämförelse med strukturen på avdelningarna. Utö- ver detta, skapades och analyserades ett nätverk för att kartlägga patientflödet från akuten till sjukvårdsavdelningarna baserat på huvudorsak till patientens akutbesök och ICD kod. Analysen av samhällsstrukturen visade att det fanns en indikation av struktur mellan avdelning- arna. Detta baserat på visualisering av noder och kopplingar i nätverken, identifierade sam- hällen samt jämförelser av samhällen mellan avdelningarna. Vidare visade det dock att det fanns ett stort överlapp av vanliga komorbiditeter vilket kunde indikera motsatsen. Det visades dock att även när det gäller samhällsstruktur var avdelningarna väldigt olika vilket indikerade en god separering av sjukdomar. Resultaten av denna forskning visar att komplex nätverksteori kan användas för att öka förstå- elsen för komplexiteten på sjukvårdsavdelningarna gällande strukturen mellan sjukdomar såväl som klinisk variationen och öppnar upp för en diskussion om dessa är relaterade till kliniska eller logistiska faktorer. Det visar också potentialen att använda komplex nätverksteori för att öka förståelsen för den väg som patienterna tar från akutvårdsavdelningen till avdelningarna baserat på samhällsdetekteringsanalysen som visar att det finns en struktur av var patienten hamnar baserat på den tilldelade ICD-koden och huvudklagomål från akutvårdsavdelningen. Tidigare studier som har använt detta tillvägagångssätt har i huvudsak undersökt specifika sjuk- domar eller flöden på en specifik avdelning eller akutvårdsavdelning. Det här tillvägagångssät- tet ger ett verktyg för att utforska logistiken för patienters rutter till olika avdelningar samtidigt som deras kliniska egenskaper beaktas. Resultaten genom denna pipeline kan ge en grund för att öka förståelsen för hur man bättre kan strukturera sjukhuset genom att dela patienter mellanvavdelningar och genom detta effektivisera användningen av resurser och potentiellt förbättra rutiner på sjukhuset. Genom vidare studier, kan komplex nätverksteori användas för att öka förståelsen kring faktorer relaterade till problemet med överbeläggningar och hitta potentiella lösningar på problemet.